Feldreduzierung in Gebäuden

Martin Schauer ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für das Elektrotechniker-Handwerk und für elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder. Er befasst sich mit Analysen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)

Inhaltsverzeichnis
1 Bedeutung von EMF und EMV. 19
1.1 Elektrische, magnetische und elektromagnetische
Felder (EMF). 21
1.1.1 Das elektromagnetische Spektrum. 21
1.1.2 Grenz-, Richt- und Empfehlungswerte. 23
1.1.2.1 Bundesimmissionsschutzverordnung. 24
1.1.2.2 TCO-Standard. 24
1.1.2.3 US-Umweltbehörde EPA. 25
1.1.2.4 NISV. 26
1.1.2.5 Land Salzburg. 26
1.1.3 Grenz- und Empfehlungswerte in Zahlen. 26
1.1.4 Sachverständige und qualifizierte Berater. 27
1.1.5 Ziele und Beurteilungen von Reduzierungsmaßnahmen
. 28
1.2 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). 29
1.2.1 Geschichte der EMV. 29
1.2.2 EMV-Gesetz. 32
1.2.3 EMV-Leitfaden. 34
1.2.4 Allgemein anerkannte Regeln der Technik. 34
1.2.5 Gibt es konkrete Vorgaben für die Errichtung
von Elektroanlagen?. 34
2 Niederfrequente elektrische Wechselfelder Abschalten
– Abkoppeln – Abschirmen. 45
2.1 In aller Kürze. 45
2.1.1 Physik. 45
2.1.2 Messverfahren. 46
2.1.2.1 Immissions-Messverfahren. 46
2.1.2.2 Emissionsmessverfahren. 50
2.2 Beratung – Festlegung der Ziele. 51
2.2.1 EMF. 51
2.2.2 EMV. 52
2.3 Planung von Reduzierungsmaßnahmen. 53
2.3.1 Emissionsquellen niederfrequenter elektrischer
Wechselfelder. 53
12 Inhaltsverzeichnis
2.3.1.2 Elektrische Geräte. 55
2.3.1.3 Elektrische Anlagen außerhalb von Gebäuden. 55
2.3.3 Baugrundstücksmessung. 56
2.3.4 Freistehende Einfamilienhäuser. 57
2.3.5 Reihenhäuser. 58
2.3.6 Mehrfamilienhäuser. 59
2.4 Maßnahmen des Emissionsschutzes. 59
2.4.1 Feldreduzierung mit geschirmten Elektroinstallationskomponenten
. 59
2.4.1.1 Geschirmte Leitungen und Kabel der Energietechnik 59
2.4.1.2 Geschirmte Leitungen der Informationstechnik. 61
2.4.1.3 Geschirmte Elektrodosen. 61
2.4.1.4 Metallene Verlegesysteme. 63
2.4.1.5 Metallene Gehäuse. 66
2.4.1.6 Zähler- und Verteilerschränke. 67
2.4.1.7 Verdrahtung geschirmter Installationskomponenten. 68
2.4.1.8 Lösungen für Geräte „hinter der Steckdose“. 69
2.4.2 Feldreduzierung durch Abschalten und Abkoppeln. 72
2.4.2.1 Manuelles Abschalten von ortsveränderlichen
Geräten. 72
2.4.2.2 Gebäudesystemtechnik. 73
2.4.2.3 Netzabkoppler (Netzfreischalter). 76
2.4.2.4 Stromstoßschaltung. 79
2.4.2.5 Zeitschaltuhr. 79
2.4.2.6 Kleinsteuerung. 80
2.4.2.7 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). 81
2.4.2.8 Funk-BUS, Funkfernschalter. 81
2.4.3 Powerline. 84
2.4.3.1 LCN-Bus. 85
2.4.3.2 EIB-Instabus. 85
2.4.3.3 EIB-Easy. 87
2.4.4 Feldreduzierung durch Phasentausch. 87
2.5 Maßnahmen des Immissionsschutzes. 88
2.5.1 Ausreichender Abstand von Feldverursachern. 88
2.5.2 Großflächige Abschirmungen. 89
2.6 Abnahmeprüfungen. 92
2.6.1 Zusätzliche Prüfungen der fachgerechten
Ausführung der Elektroanlage. 92
2.6.2 Feldmessungen. 93
2.7 Fazit – Reduzierung elektrischer Wechselfelder. 94
2.7.1 Berücksichtigung aller Stromkreise. 94
2.7.2 Gebäudesystemtechnik. 94
2.7.3 „Dauerverbraucher“. 95
2.7.4 Großflächige Abschirmungen. 96
2.7.5 Büroarbeitsplätze. 96
2.8 EWF und EMV. 96
2.8.1 Medizinische Diagnose-Bereiche. 96
2.8.2 Sanierung veralteter Elektroanlagen. 98
2.8.3 Elektronische Vorschaltgeräte. 100
3 Niederfrequente magnetische Wechselfelder Netzsysteme
– Schirmung – Oberschwingungen. 101
3.1 In aller Kürze. 101
3.1.1 Physik. 101
3.1.2 Messverfahren zu magnetischen Wechselfeldern. 103
3.2 Beratung. 104
3.2.1 EMF. 104
3.2.2 EMV. 104
3.3 Planung von Reduzierungsmaßnahmen. 107
3.3.1 Emissionsquellen niederfrequenter magnetischer
Wechselfelder. 107
3.3.2 Systeme nach Art der Erdverbindungen. 110
3.3.2.1 Betrachtung des Verteilungsnetzes. 110
3.3.2.2 Betrachtung der Elektroanlagen in Gebäuden. 113
3.3.2.3 Realisierung des TN-S-Systems bei Altanlagen. 117
3.3.3 Messungen im Vorfeld einer Bebauung. 119
3.3.4 Freistehende Gebäude. 120
3.3.5 Reihenbebauung. 120
3.3.6 Gebäudekomplexe. 120
3.4 Maßnahmen des Emissionsschutzes. 121
3.4.1 Effekte im Netz des Netzbetreibers (NB). 121
3.4.1.1 Unterirdische Versorgungsnetze. 121
3.4.1.2 Oberirdische Einspeisung. 123
3.4.2 Kompensationseffekte in der Elektroanlage. 133
3.4.2.1 Verteilungsstromkreise (Hauptleitungen).133
3.4.2.2 Ringleitungen. 135
Inhaltsverzeichnis 13
3.4.2.3 Niedervolt-Halogensysteme. 135
3.4.3 Minimieren von Einleiterrück- und Potentialausgleichsströmen
. 137
3.4.3.1 Systematische Vermeidung von Einleiterströmen
und Mehrfacherdungen. 137
3.4.3.2 Aktive Kompensation vagabundierender Ströme. 137
3.4.4 Austausch emissionsstarker Geräte gegen
emissionsarme Geräte. 138
3.4.4.1 Elektrische Geräte mit integriertem oder
externem Transformator. 138
3.4.4.2 Lineare und nichtlineare Lasten – Auswirkungen
auf Streuströme. 139
3.5 Maßnahmen des Immissionsschutzes. 141
3.5.1 Ausreichender Abstand von Feldverursachern. 141
3.5.2 Aktive Kompensation. 141
3.6 Magnetische Abschirmungen. 142
3.6.1 Verlegesysteme aus Stahlblech. 143
3.6.2 Abschirmfolien/Abschirmbleche aus MU-Metall. 143
3.6.3 Transformatorbleche. 144
3.6.4 Abschirmplatten in Sandwich-Bauweise. 144
3.7 Messungen mit der Strommesszange. 146
3.7.1 TN-C-System. 148
3.7.2 TN-C-S-System. 149
3.7.3 TN-S-System. 151
3.8 Oberschwingungen. 152
3.8.1 Oberschwingungen und die BImSchV. 159
3.9 Permanente Überwachung von Elektroanlagen. 161
3.10 EMV-Filter. 162
3.11 Störungen in Anlagen der Energie- und Informationstechnik 165
3.11.1 Gestörte DSL-Anschlüsse. 165
3.11.2 Falsch gehende Funkuhren. 168
3.11.3 Pfeifgeräusche aus dem Flachbildschirm. 169
4 Hochfrequente elektromagnetische Wellen
Großflächige Abschirmungen – HF-Störungen
in der Elektroanlage. 173
4.1 EMF-Minimierungsmaßnahmen. 173
4.1.1 In aller Kürze. 173
4.1.1.1 Physikalische Aspekte. 173
14 Inhaltsverzeichnis
15
4.1.1.2 Messverfahren. 175
4.1.2 Quellen hochfrequenter Signale. 177
4.1.3 HF-Abschirmungen im Umfeld von Gesetzen
und Verordnungen. 177
4.1.4 Maßnahmen des Emissionsschutzes. 180
4.1.5 Maßnahmen des Immissionsschutzes. 181
4.1.6 Physik der Hochfrequenzabschirmung. 181
4.1.6.1 Quantifizierung der Hochfrequenz-Schirmdämpfung 182
4.1.6.2 Effekte von großflächigen Abschirmungen. 184
4.1.6.3 Baustoffe und Abschirmmaterialien. 188
4.1.7 Planung von HF-Abschirmungen. 190
4.1.7.1 Ortstermin und Immissionsmessungen. 190
4.1.7.2 Beratung. 191
4.1.8 Varianten von Abschirmmaßnahmen. 193
4.1.8.1 Außenabschirmung als Einzelmaßnahme. 193
4.1.8.2 Innenabschirmung als Einzelmaßnahme. 193
4.1.8.3 Kombination aus Außen- und Innenabschirmung. 194
4.1.9 Produktlösungen. 195
4.1.9.1 Kunststoffgewebe mit Abschirmwirkung. 195
4.1.9.2 Gipskartonplatte mit Grafit im Gipskern. 197
4.1.9.3 Gipskartonplatte mit Carbonfasern im Karton. 200
4.1.9.4 Abschirmender Lehmputz. 202
4.1.9.5 Kupferabschirmgewebe. 203
4.1.9.6 Abschirmende Wandbeschichtung. 206
4.1.9.7 Fenster. 209
4.1.9.8 Insektenschutzgitter. 210
4.1.9.9 Moskitonetz/Baldachin. 211
4.1.10 Wirksamkeitskontrolle der durchgeführten
Maßnahmen. 212
4.1.10.1 Kontrollmessungen während der Baumaßnahme. 213
4.1.10.2 Abnahmemessung nach Fertigstellung der
Baumaßnahme. 213
4.2 Hochfrequente Störungen und die EMV. 215
4.2.1 Immissionsschutz. 216
5 Büro, Elektronik, Beleuchtung. 219
5.1 Grenz- und Richtwertempfehlungen – Büroarbeitsplätze. 220
5.1.1 BGV B11/BGR B11. 220
Inhaltsverzeichnis
5.1.1.1 Werte im Frequenzbereich 0 Hz bis 29 kHz. 221
5.1.1.2 Übergangsbereich 29 kHz bis 91 kHz. 221
5.1.1.3 Frequenzbereich 91 kHz bis 300GHz. 221
5.1.2 TCO-Standard. 222
5.2 Niederfrequente elektrische Wechselfelder (EWF). 224
5.2.1 Verursacher niederfrequenter elektrischer Felder. 224
5.2.2 Ausbreitungsfaktoren. 224
5.2.3 Maßnahmen für einen feldarmen Büroarbeitsplatz. 224
5.2.3.1 Einsatz von geschirmten Installationsleitungen und
Elektroinstallationsdosen. 225
5.2.3.2 Abschalten und Abkoppeln der Spannungsquelle. 225
5.2.3.3 Großflächige Abschirmungen. 225
5.2.3.4 Einsatz von metallenen Verlegesystemen. 225
5.2.3.5 Einsatz von Raumsystemen. 230
5.2.3.6 Einsatz von Deckenkanalsystemen. 231
5.2.3.7 Einsatz von metallenen Gehäusen. 232
5.2.3.8 Einsatz von Sonderkonstruktionen (Abschirmung
von Schreibtisch-Arbeitsplatten). 232
5.2.4 Zusammenfassung. 235
5.3 Reduzierung niederfrequenter magnetischer
Wechselfelder (MWF). 235
5.3.1 Verursacher niederfrequenter magnetischer
Wechselfelder (MWF). 236
5.3.2 Maßnahmen für einen feldarmen Büroarbeitsplatz. 236
5.3.3 Zusammenfassung. 238
5.4 Elektromagnetische Wellen (HF) – Büroarbeitsplätze. 238
5.4.1 Verursacher elektromagnetischer Wellen. 239
5.4.2 Maßnahmen für einen feldarmen Büroarbeitsplatz. 239
5.4.2.1 Minimierung hochfrequenter Einstreuungen
von außen. 239
5.4.2.2 Einsatz drahtgebundener Informationstechnik. 239
5.4.2.3 Vermeidung von HF-Sendequellen. 241
5.4.3 Zusammenfassung. 241
5.5 Beleuchtung. 242
5.5.1 Induktive Vorschaltgeräte. 243
5.5.2 Konventionelle und elektronische Starter. 244
5.5.3 Blindleistungskompensation. 246
5.5.4 Elektronische Vorschaltgeräte. 248
16 Inhaltsverzeichnis
17
5.5.5 Dimmen von Leuchtstofflampen. 249
5.5.6 Betriebsweisen von Leuchtstofflampen an unterschiedlichen
Spannungsquellen. 250
5.5.6.1 Bewertung der Oszilloskop-Darstellung. 250
5.5.6.2 Bewertung der Darstellung Leistung. 250
5.5.6.3 Bewertung der Darstellung Oberschwingungen. 256
5.5.6.4 Bewertung der HF-Spektren. 256
5.5.6.5 Bewertung der Messungen MWF (NF). 257
5.5.7 Störungen und Empfindlichkeiten von Vorschaltgeräten
. 257
5.5.7.1 Empfindlichkeiten von VVG. 259
5.5.7.2 Störungen durch EVG. 259
5.5.8 Fazit. 262
5.5.9 Spannungsabsenkung. 263
5.5.10 Beleuchtung mit LED. 264
6 Vorschriftenwerk für die Errichtung elektrischer Anlagen. 267
6.1 Anerkannte Regeln der Technik. 268
6.1.1 Technische Anschlussbedingungen TAB 2007. 269
6.1.2 Niederspannungsverordnung NAV. 269
6.1.3 DIN VDE-Normen. 270
6.2 Umsetzung der Vorschriften bei Reduzierungsmaßnahmen. 273
6.2.1 Die Philosophie der DIN VDE 0100-Errichtungsnormen
. 273
6.2.1.1 DIN VDE 0100-100. 274
6.2.1.2 DIN VDE 0100-410. 275
6.2.2 Auswahl der Betriebsmittel. 280
6.2.2.1 Netzanschlussleitungen von Geräten. 281
6.2.2.2 Geschirmte Elektroinstallationen. 281
6.2.2.3 Verdrahtung von geschirmten Elektroinstallationskomponenten
. 283
6.2.3 Feststellung der Spannungsfreiheit bei Netzabkopplern
. 287
6.2.4 Potentialausgleich. 287
6.2.4.1 Schutz- oder Funktionspotentialausgleich?. 287
6.2.4.2 Querschnitt von Potentialausgleichsleitern. 290
6.2.4.3 Mindestquerschnitte von Schutz- und Funktions-
Potentialausgleichsleitern. 291
Inhaltsverzeichnis
18
6.2.5 Prüfen von Elektroanlagen. 293
6.2.6 Zusätzlicher Schutz durch Fehlerstromschutzeinrichtungen
. 293
6.2.7 Prüfen und Messen an Erdungsanlagen und
Potentialausgleichseinrichtungen. 298
6.2.7.1 Definition „Erde“. 298
6.2.7.2 Messungen an Erdungsanlagen. 299
6.2.8 Prüfen und Messen an Potentialausgleichseinrichtungen
. 300
6.3 Näherungen von Abschirmungen zu äußeren Blitzschutzanlagen
. 300
6.3.1 Bestimmung des Trennungsabstandes. 302
6.3.2 Vereinfachter Ansatz. 304
6.3.3 Berechnung des Trennungsabstandes mit
einer Software. 304
6.3.4 Hochpannungsisolierte Ableitungen. 307
7 Anhang. 309
7.1 Vorsätze für dezimale Vielfache und Teile von Einheiten. 309
7.2 Frequenzaufteilung nach IEC. 310
7.3 Dezibel-Tabelle. 311
7.4 Hochfrequenzdämpfung von exemplarischen Baustoffen
und Abschirmmaterialien.312
7.5 Abkürzungsverzeichnis. 315
7.6 Glossar. 317
Literaturverzeichnis. 321
Vorwort. 321
1. Kapitel. 321
2. Kapitel. 324
3. Kapitel. 326
4. Kapitel. 327
5. Kapitel. 329
6. Kapitel. 330
Anhang. 331
Stichwortverzeichnis. 332

Vorwort Die technische Ausstattung von Gebäuden hat sich in den letzten Jahrzehnten nachdrücklich verändert: Ein gewöhnliches Einfamilienhaus „verschlingt“ heute 1 000 Meter und mehr elektrischer Leitungen. Zu einer umfassenden Gebäudetechnik mit Energieverteilungen, Kälte-, Wärme- und Lüftungstechnik, Beleuchtungs- und Beschattungstechnik, komplexen Regelungen und Steuerungen nutzen die Menschen heute in umfangreicher Art und Weise auch informationstechnische Anlagen und Geräte mit höchsten Übertragungsraten und sensibler Technik. Für Elektrotechniker ist dieser Trend zu einer Herausforderung mit vielen Fragestellungen geworden: Funktioniert z.B. ein Radio neben einer Waschmaschine mit Frequenzumrichter ohne Störung? Werden Daten schnell und fehlerlos von Computer zu Computer übertragen? Bei so umfangreicher Technik stellen sich für die Bewohner der Gebäude noch weitere Fragen: Funktioniert das menschliche Gehirn, arbeiten Organe im Umfeld elektrischer Anlagen sowie Geräten und deren Emissionen noch ausreichend fehlerfrei; gelingt der störungsfreie Signalfluss für Steuerungen und Regelungen im Menschen auch dann noch, wenn er sich im Einfluss physikalischer Felder befindet? Diese Fragen können und sollen in diesem Buch nicht beantworten werden; sie sind Aufgabe von Wissenschaftlern aus der Medizin und anderen Fachgebieten. Beinahe täglich werden neue Techniken präsentiert und auf den Markt gebracht. Ob diese Innovationen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben werden, wird im Vorfeld kaum untersucht. Viele Menschen sehen in dieser Vorgehensweise einen Widerspruch zum Gesundheitsvorsorge- Gedanken und zeigen Interesse an Reduzierungsmöglichkeiten in ihrem Wohnumfeld. Das Gebäude und die Wohnung werden hierbei zunehmend als Schutzbereich gesehen. Dieser Schutzbereich soll so gestaltet werden, dass er zum einen eine Barriere vor elektromagnetischen Wellen von außen darstellt; zum anderen soll die Technik innerhalb der eigenen vier Wände so konzipiert werden, dass möglichst nur geringe Emissionen davon ausgehen. Die Minimierung elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder (EMF) im Sinne der Gesundheitsvorsorge und die Realisierung elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) elektrischer Energie- und Inforschauer_ mationstechnischen Anlage untereinander, basieren auf gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Nutzer und Betreiber von Geräten oder einer elektrischen Anlage müssen dabei entscheiden, ob sie entweder eine bestimmte Technik mit auffälligen Feld- oder Störemissionen anwenden, oder sie aus Gründen der Gesundheitsvorsorge oder der Vermeidung von technischen Störungen durch ein anderes Gerät oder Verfahren ersetzen. Unter Umständen können auch technische Lösungen gefunden werden, welche Feld-Immissionen oder Feld-Emissionen auf ein akzeptables Maß minimieren. Die Reduzierungsmaßnahmen zu niederfrequenten elektrischen und magnetischen Wechselfeldern gestalten sich unter EMF- oder EMV-Gesichtspunkten teilweise identisch. Die Bewertung verfügbarer Hochfrequenz-Schirmungsmethoden im Bauwesen ist längst zu einem Betätigungsfeld der Wissenschaft geworden, wie der Forschungsbericht „Beiträge zur Minimierung von elektromagnetischen Belastungen in Wohngebäuden“ [1] zeigt. In diesem Fachbuch sollen neben einer sehr kurzen Einführung in die Physik der verschiedenen Feldarten vor allem die Möglichkeiten zur Feldreduzierung dargestellt werden. Dieses Buch baut auf die Kapitel 5, 6, 7 und 8 des Fachbuches „Baubiologische Elektrotechnik“ [2], 2. Auflage von 2008 auf. Die Kapitel „Reduzierung elektrischer Wechselfelder“, „Reduzierung magnetischer Wechselfelder“ sowie „Vorschriftenwerk für die Errichtung elektrischer Anlagen“ wurden ergänzt durch praktische Beispiele, technische Gesichtspunkte sowie Neuerungen. Das Kapitel „Reduzierung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen“ wurde komplett neu verfasst. Neu sind die Themengebiete Büroräume und Beleuchtungstechnik. Hinweis: Das in der gleichen Reihe erschienene Fachbuch „Baubiologische EMF-Messtechnik: Grundlagen der Feldtheorie, Praxis der Feldmesstechnik“ [3] erklärt anschaulich die physikalischen Ursachen für das Entstehen von elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern und vermittelt praxisorientiert das erforderliche Wissen zur fachgerechten Messung von EMF – sowohl für Messungen zur Bestandsaufnahme als auch zur Sanierungskontrolle. Viele Maßnahmen stellen einen Eingriff in die Elektroanlage dar und so dürfen Hinweise zu sicherheitsrelevanten Vorschriften nicht fehlen. In den letzten Jahren haben sich viele Vorschriften drastisch verändert; die Überar- 8 Vorwort beitung der entsprechenden Kapitel war daher notwendig geworden. An dieser Stelle möchte ich den Kollegen und Unternehmen danken, die mit ihrem Wissen und ihrer Erfahrung zu diesem Buch beigetragen haben. Ein weiterer Dank gilt meiner Familie, die die Phase der Manuskripterstellung mit überstanden und mir hierbei den Rücken frei gehalten hat. Und schließlich noch der Dank an den Verlag, insbesondere Frau Gnädig, die offen für viele Ideen war und mit ihrer angenehmen Art den Weg bis zum Druck begleitete. Martin Schauer